Происхождение Вселенной

Введение.

 

Тысячелетиями пытливое человечество обращало свои взгляды на окружающий мир, стремилось постигнуть его, вырваться  за пределы микромира в макромир.

Величественная картина небесного  купола, усеянного мириадами звезд, с незапамятных звезд волновала  ум и воображение ученых, поэтов, каждого живущего на Земле и зачарованного  любующегося торжественной и  чудной картиной, по выражению Лермонтова.

Что есть Земля, Луна, Солнце, звезды? Где начало и где конец Вселенной, как долго она существует, из чего состоит и где границы ее познания?

В своем реферате я изложила всё  то, что известно на сегодняшний  день науке о строении и эволюции Вселенной.

Изучение Вселенной, даже только известной  нам её части является грандиозной  задачей. Чтобы получить те сведения, которыми располагают современные  ученые, понадобились труды множества поколений.

Вселенная бесконечна во времени и  пространстве. Каждая частичка вселенной  имеет свое начало и конец, как  во времени, так и в пространстве, но вся Вселенная бесконечна и  вечна так, как она является вечно самодвижущейся материей.

Вселенная - это всё существующее. От мельчайших пылинок и атомов до огромных скоплений в-ва звездных миров и звездных систем. Поэтому не будет ошибкой сказать, что любая наука так или иначе изучает Вселенную, точнее, тем или иначе её стороны. Химия изучает мир молекул, физика – мир атомов и элементарных частиц, биология – явления живой природы. Но существует научная дисциплина, объектом исследования которой служит сама вселенная или “Вселенная как целое”. Это особая отрасль астрономии так называемая космология. Космология – учение о Вселенной в целом, включающая в себя теорию всей охваченной астрономическими наблюдениями области, как части Вселенной, кстати не следует смешивать понятия Вселенной в целом и “наблюдаемой” (видимой) Вселенной. Во II случае речь идет речь идет лишь о той ограниченной области пространства , которая доступна современным методам научных исследований. С развитием кибернетики в различных областях научных исследованиях приобрели большую популярность методики моделирования. Сущность этого метода состоит в том, что вместо того или иного реального объекта изучается его модель, более или менее точно повторяющая оригинал или его наиболее важные и существенные особенности. Модель не обязательно вещественная копия объекта. Построение приближенных моделей различных явлений помогает нам всё глубже познавать окружающий мир. Так, например, на протяжении длительного времени астрономы занимались изучением однородной и изотронной (воображаемой) Вселенной, в которой все физические явления протекают одинаковым образом и все законы остаются неизменными для любых областей и в любых направлениях . Изучались так же модели, в которых к этим двум условиям добавлялось третье, - неизменность картины мира. Это означает, что в какую бы эпоху мы не созерцали мир, он всегда должен выглядеть в общих чертах одинаково. Эти во многом условные и схематические модели помогли осветить некоторые важные стороны окружающего нас мира. Но! Как бы сложна ни была та или иная теоретическая модель, какие бы многообразные факты она ни учитывала, любая модель – это еще не само явление , а только более или менее точная его копия, так сказать образ реального мира. Поэтому все результаты полученные с помощью моделей Вселенной, необходимо обязательно проверить путем сравнения с реальностью. Нельзя отождествлять само явление с моделью. Нельзя без тщательной проверки , приписывать природе те свойства которыми обладает модель. Ни одна из моделей не может претендовать на роль точного “слепка” Вселенной. Это говорит о необходимости углубленной разработки моделей неоднородной и неизотронной Вселенной.

Звезды во Вселенной объединены в гигантские Звездные системы, называемые галактиками. Звездная система. В составе  которой, как рядовая звезда находится  наше Солнце, называется Галактикой.

Число звезд в галактике порядка 1012 (триллиона). Млечный путь, светлая  серебристая полоса звезд опоясывает всё небо, составляя основную часть  нашей Галактики. Млечный путь наиболее ярок в созвездии Стрельца, где  находятся самые мощные облака звезд. Наименее ярок он в противоположной  части неба. Из этого нетрудно вывести  заключение, что солнечная система  не находится в центре Галактики, который от нас виден в направлении созвездия Стрельца. Чем дальше от плоскости Млечного Пути, тем меньше там слабых звезд и тем менее далеко в этих направлениях тянется звездная система. В общем, наша Галактика занимает пространство, напоминающее линзу или чечевицу, если смотреть на нее сбоку. Размеры Галактики были намечены по расположению звезд, которые видны на больших расстояниях. Это цефиды и горячие гиганты. Диаметр Галактики примерно равен 3000 пк (Парсек (пк) – расстояние, с которым большая полуось земной орбиты, перпендикулярная лучу зрения, видна под углом в 1”. 1 Парсек = 3,26 светового года = 206265 а.е. = 3*1013 км.) или 100000 световых лет (световой год – расстояние пройденное светом в течении года), но четкой границы у нее нет, потому что звездная плотность постепенно сходит на нет.

В центре галактики расположено  ядро диаметром 1000-2000 пк – гигантское уплотненное скопление звезд. Оно находится от нас на расстоянии почти 10000 пк (30000 световых лет) в направлении созвездия Стрельца, но почти целиком скрыто плотной завесой облаков, что препятствует визуальным и фотографическим обычным наблюдениям этого интереснейшего объекта Галактики. В состав ядра входит много красных гигантов и короткопериодических цефид.

Звезды верхней части главной  последовательности, а особенно сверхгиганты и классические цефиды, составляют более молодые население. Оно располагается дальше от центра и образует сравнительно тонкий слой или диск. Среди звезд этого диска находится пылевая материя и облака газа. Субкарлики и гиганты образуют вокруг ядра и диска Галактики сферическую систему.

Масса нашей галактики оценивается  сейчас разными способами, равна 2*1011 масс Солнца (масса Солнца равна 2*1030 кг.) причем 1/1000 ее заключена в межзвездном  газе и пыли. Масса Галактики в  Андромеде почти такова же, а масса  Галактики в Треугольнике оценивается в 20 раз меньше. Поперечник нашей галактики составляет 100000 световых лет. Путем кропотливой работы московский астрономом В.В. Кукарин в 1944 г. нашел указания на спиральную структуру галактики, причем оказалось, что мы живем между двумя спиральными ветвями, бедном звездами.

В некоторых местах на небе в телескоп, а кое- где даже невооруженным глазом можно различить тесные группы звезд, связанные взаимным тяготением, или звездные скопления.

Рассеянные скопления состоят обычно из десятков или сотен звезд главной последовательности и сверхгигантов со слабой концентрацией к центру.

Шаровые же скопления состоят обычно из десятков или сотен звезд главной  последовательности и красных гигантов. Иногда они содержат короткопериодические цефеиды. Размер рассеянных скоплений  – несколько парсек. Пример их скопления  Глады и Плеяды в созвездии  Тельца. Размер шаровых скоплений  с сильной концентрацией звезд  к центру – десяток парсек. Известно более 100 шаровых и сотни рассеянных скоплений, но в Галактике последних  должно быть десятки тысяч.

Кроме звезд в состав Галактики входит еще рассеянная материя, чрезвычайно рассеянное вещество, состоящее из межзвездного газа и пыли. Оно образует туманности. Туманности бывают диффузными (клочковатой формы (рис. ))и планетарными (рис. ). Светлые они от того, что их освещают близлежащие звезды. Пример: газопылевая туманность в созвездии Ориона и темная пылевая туманность Конская голова.

Расстояние до туманности в созвездии  Ориона равно 500 пк, диаметр центральной части туманности – 6 пк, масса приблизительно в 100 раз больше массы Солнца.

Во Вселенной нет ничего единственного  и неповторимого в том смысле, что в ней нет такого тела, такого явления, основные и общие свойства которого не были бы повторены в  другом теле, другими явлениями.

 

 

 

 

 

Происхождение Вселенной.

Во все времена люди хотели знать, откуда и каким образом  произошел мир. Когда в культуре господствовали мифологические представления, происхождение мира объяснялось, как, скажем, в «Ведах» распадом первочеловека Пуруши. То, что это была общая мифологическая схема, подтверждается и русскими апокрифами, например, «Голубиной книгой». Победа христианства утвердила представления о сотворении Богом мира из ничего.

С появлением науки в ее современном понимании на смену  мифологическим и религиозным приходят научные представления о происхождении  Вселенной.

Следует разделять три  близких термина: бытие, универсум  и Вселенная. Первый является философским  и обозначает все существующее, бытующее. Второй употребляется и в философии, и в науке, не имея специфической  философской нагрузки (в плане  противопоставления бытия и сознания), и обозначает все как таковое.

Значение термина Вселенная  более узкое и приобрело специфически научное звучание. Вселенная —  место вселения человека, доступное  эмпирическому наблюдению. Постепенное  сужение научного значения термина

Вселенная вполне понятно, так  как естествознание, в отличие  от философии, имеет дело только с  тем, что эмпирически проверяемо современными научными методами.

Вселенную в целом изучает  наука, называемая космологией, т. е. наукой о космосе. Слово это тоже не случайно. Хотя сейчас космосом называют все  находящееся за пределами атмосферы  Земли, не так было в Древней Греции.

Космос тогда принимался как «порядок», «гармония», в противоположность «хаосу» — «беспорядку». Таким образом, космология, в основе своей, как и подобает науке, открывает упорядоченность нашего мира и нацелена на поиск законов его функционирования. Открытие этих законов и представляет собой цель изучения Вселенной как единого упорядоченного целого.

Это изучение зиждется на нескольких предпосылках. Во-первых, формулируемые  физикой универсальные законы функционирования мира считаются действующими во всей Вселенной. Во-вторых, производимые астрономами  наблюдения тоже признаются распространяемыми  на всю Вселенную. И, в- третьих, истинными  признаются только те выводы, которые  не противоречат возможности существования  самого наблюдателя, т. е. человека (так называемый антропный принцип).

Выводы космологии называются моделями происхождения и развития Вселенной. Почему моделями? Дело в том, что одним из основных принципов современного естествознания является представление о возможности проведения в любое время управляемого и воспроизводимого эксперимента над изучаемым объектом. Только если можно провести бесконечное, в принципе, количество экспериментов и все они приводят к одному результату, на основе этих экспериментов делают заключение о наличии закона, которому подчиняется функционирование данного объекта. Лишь в этом случае результат считается вполне достоверным с научной точки зрения.

К Вселенной это методологическое правило остается неприменимым. Наука  формулирует универсальные законы, а Вселенная уникальна. Это противоречие, которое требует считать все  заключения о происхождении и  развитии Вселенной не законами, а  лишь моделями, т. е. возможными вариантами объяснения.

Строго говоря, все законы и научные теории являются моделями, поскольку они могут быть заменены в процессе развития науки другими  концепциями, но модели Вселенной как  бы в большей степени модели, чем  многие иные научные утверждения.

 

 

 

 

Эры эволюции Вселенной.

1) Адронная эра.

 При очень высоких  температурах и плотности в  самом начале существования Вселенной  материя состояла из элементарных  частиц. Вещество на самом раннем  этапе состояло, прежде всего,  из адронов, и поэтому ранняя  эра эволюции Вселенной называется  адронной, несмотря на то, что в то время существовали и лептоны. Никогда после этого сильное взаимодействие (ядерная сила) не проявлялась во Вселенной в такой мере, как в адронную эру, длившуюся всего лишь одну десятитысячную долю секунды. Длительность 10-7 с, температура  Вселенной составляет 1032 К. Главными действующими лицами являются элементарные и неэлементарные частицы (протон, нейтрон и др.), между которыми осуществляется взаимодействие разной силы: сильное, слабое и гравитационное. Вселенная представляет собой разогретую плазму.

2) Лептонная эра. 

Когда энергия частиц и  фотонов понизилась в пределах от 100 Мэв до 1 Мэв в, веществе было много лептонов. Температура была достаточно высокой, чтобы обеспечить интенсивное возникновение электронов, позитронов и нейтрино. Барионы (протоны и нейтроны), пережившие адронную эру, стали по сравнению с лептонами и фотонами встречаться гораздо реже. Лептонная эра начинается с распада последних адронов - пионов - в мюоны и мюонное нейтрино, а кончается через несколько секунд при температуре 1010K, когда энергия фотонов уменьшилась до 1 Мэв и материализация электронов и позитронов прекратилась. Во время этого этапа начинается независимое существование электронного и мюонного нейтрино, которые мы называем  “реликтовыми”. Всё пространство Вселенной наполнилось огромным количеством реликтовых электронных и мюонных нейтрино. Возникает нейтринное море. Длительность 10 с, температура Вселенной 1015 К. Главные действующие лица – лептоны (электроны, позитроны и другие элементарные частицы).

3) Фотонная эра или эра излучения.

В начале этой эры возникают, пер­вые протозвезды и протогалактики. Излучение перестает взаимодействовать с веществом и начинает свободно перемещаться по Вселенной. Длительность 1 млн. лет, температура Вселенной 10 000 К. В это время во Вселенной преобладало излучение, а вещество было ионизированным.

4)  Эра вещества.

Длится и сейчас. Вселенная остывает, становится нейтральной и темной, образуется вещество.

 

Т Вселенной понизилась до 1010K, а энергия γ-фотонов достигла 1 Мэв, произошла только аннигиляция электронов и позитронов. Новые электронно-позитронные пары не могли возникать вследствие материализации, потому, что фотоны не обладали достаточной энергией. Но аннигиляция электронов и позитронов продолжалась дальше, пока давление излучения полностью не отделило вещество от антивещества. Со времени адронной и лептонной эры Вселенная была заполнена фотонами. К концу лептонной эры фотонов было в два миллиарда раз больше, чем протонов и электронов. Важнейшей составной Вселенной после лептонной эры становятся фотоны, причем не только по количеству, но и по энергии.

Большой взрыв продолжался  сравнительно недолго, всего лишь одну тридцатитысячную нынешнего возраста Вселенной. Несмотря на краткость срока, это всё же была самая славная  эра Вселенной. Никогда после  этого эволюция Вселенной не была столь стремительна, как в самом  её начале, во время “большого взрыва”. Все события во Вселенной в  тот период касались свободных элементарных частиц, их превращений, рождения, распада, аннигиляции. Не следует забывать, что  в столь короткое время (всего  лишь несколько секунд) из богатого разнообразия видов элементарных частиц исчезли почти все: одни путем  аннигиляции (превращение в гамма-фотоны), иные путем распада на самые легкие барионы (протоны) и на самые легкие заряженные лептоны (электроны).